直拉法单晶硅生长技术的现状
直拉硅单晶生长过程建模与控制研究综述
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直拉硅单晶生长过程建模与控制研究综述摘要:本文主要针对直拉硅单晶生长过程进行分析,简述了直拉硅单晶生长过程的数学模型,进而分析了如何更好的控制直拉硅单晶生长的过程,针对其缺陷进行了探讨,提出了控制的方法。
关键词:直拉硅单晶,生长,控制前言在直拉硅单晶生长过程,我们必须要更好的控制每一个环节,更好的利用其原理和技术,当前,直拉硅单晶生长过程还需要我们更好的对其进行把握,采用控制方法来提高其质量。
1、单晶硅材料发展现状硅一直被视为半导体工业最重要的材料,微电子产业发展和硅单晶材料制造技术关系密切。
硅单晶制造技术有区熔法和直拉法,区熔硅单晶和直拉硅单晶二者在用途上存在差异。
直拉单晶硅主要用于制作集成电路的衬底材料。
直拉硅单晶质量和缺陷控制工程的发展带来了IC制造业的进步。
例如晶体纯度的提高解决了许多与过渡金属污染有关的问题沙数载流子寿命、金属沉积、堆垛层错等)。
今天硅单晶技术主要面临两个缺陷问题的挑战,其一来自原生的点缺陷、晶格空位和自间隙原子,另一方面是硅生长过程中采用石英不可避免引入的氧杂质造成的点缺陷。
进入ULSI时代以来,大直径硅单晶,显著的低生产成本优势,一直是硅材料研发的重点与热点。
300mm硅单晶抛光片在特征尺寸线宽小于0.13}m的IC器件工艺中得到了广泛应用。
但是生长直径300mm或大于300mm的直拉硅单晶主要面临的问题有流体动力学复杂性增强;点缺陷影响明显,消除氧化层错更加困难;每次拉晶投料大,实验周期长,能耗大,成本大大增加。
计算机模拟工作就显示出了节约成本的优势,减少实验拉晶次数。
相关模拟工作发现直拉硅单晶熔体中热对流以涡流为模型时,在中心熔体对流区涡流发生了从软到硬的变化,Yip-Wilox规律在粗子晶无位错技术中起指导作用,单晶的稳定生长可以发生在。
磁场的轴向零磁面位于熔体自由表面以下,并可实现晶体的无条纹。
晶体生长过程中影响微缺陷的因素有很多,包括热屏形状和位置、炉体内气体压力、气流速度、晶体的冷却速度和生长速度等。
连续直拉单晶硅棒生产制造关键技术创新与应用
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连续直拉单晶硅棒是光伏产业中非常重要的一环。
它是太阳能光伏电池的主要原料,并且在半导体电子器件的制造过程中也扮演着重要的角色。
目前,全球能源危机愈演愈烈,清洁能源行业风生水起,光伏产业正在迅速发展壮大。
而单晶硅棒的生产制造技术的创新与应用,将直接影响到光伏产业的发展速度和效率。
在这个背景下,连续直拉单晶硅棒生产制造关键技术的创新与应用问题备受关注。
1. 前言单晶硅棒的生产制造过程中,连续直拉技术是一项非常重要的技术。
传统的单晶硅生产制造工艺中,采用的是坩埚法,这种方法生产出来的硅块需要通过切片后才能得到晶体硅片。
而连续直拉技术可以直接将硅棒拉制成所需要尺寸的硅片,大大提高了生产效率,减少了生产成本,符合了清洁能源产业的要求。
连续直拉单晶硅棒的生产制造关键技术创新与应用一直备受关注。
2. 原材料准备在连续直拉单晶硅棒的生产制造过程中,高纯度硅块是原材料的重要组成部分。
传统的高纯度硅块主要通过坩埚法生产,但是这种方法存在着很多的问题:生产周期长、生产成本高、能耗大等。
研发出一种新的高纯度硅块生产工艺技术至关重要。
目前,一种叫做气相混合法的技术得到了广泛的应用。
这种方法可以将硅气和氢气在适当的温度下进行反应,形成高纯度的硅单质并在载气中传输到下游设备中,大大加快了生产速度,降低了生产成本。
3. 晶体生长连续直拉单晶硅棒的生产制造过程中,晶体生长是非常关键的一步。
要生长出高质量、无缺陷的单晶硅棒,需要精密的控制晶体生长环境和生长速度。
传统的晶体生长方法主要是采用单晶炉来进行,但这种方法存在着生产周期长、生产效率低等问题。
目前,一种叫做悬浮区法的晶体生长技术正在逐渐成熟,这种方法可以不需要借助单晶炉设备,直接在气相中进行晶体生长,大大提高了生产效率,降低了生产成本。
4. 拉晶成型在晶体生长完毕后,需要将晶体拉制成所需的直径和长度,这是整个生产过程中比较关键的一步。
传统的方法是采用拉晶机进行拉制,但是这种方法存在着生产效率低、拉晶成型不均匀等问题。
直拉法单晶硅生长原理、工艺及展望
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直拉法单晶硅生长原理、工艺及展望
王正省;任永生;马文会;吕国强;曾毅;詹曙;陈辉;王哲
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2024(38)9
【摘要】碳达峰、碳中和理念提出后,太阳能作为一种可再生绿色能源备受关注。
单晶硅作为主要的光伏材料,其质量决定着太阳能电池效率的高低,为了降低成本和提高产能,人们对单晶硅提出越来越高的要求。
直拉法(CZ法)是单晶硅的主要制备方法,其生产效率高,可实现自动化,直拉单晶硅市场占比超过90%,目前正朝着大尺寸、N型、薄片化、低氧低碳的方向发展。
然而随着晶棒尺寸增大,热场变化更加复杂,现有CZ工艺难以满足市场需求。
未来降低度电成本仍是晶硅光伏发展的驱动力,应通过技术革新、产业标准化、成本控制等手段推动光伏产业发展。
本文介绍了CZ法生长单晶硅的基本原理和生长工艺,分别对缺陷控制、热场优化、氧含量控制等进行了分析,在总结工艺现状和单晶生长特点的基础上对直拉法生长单晶硅的发展方向进行了展望。
【总页数】13页(P1-13)
【作者】王正省;任永生;马文会;吕国强;曾毅;詹曙;陈辉;王哲
【作者单位】昆明理工大学冶金与能源工程学院;东京大学材料工程学院-8656;合肥工业大学计算机与信息学院;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】O782
【相关文献】
1.直拉法单晶硅生长的数值模拟和控制参数优化
2.直拉法生长单晶硅熔体流动实验模拟(下)
3.直拉法生长单晶硅熔体流动实验模拟(上)
4.直拉法单晶硅生长原理及工艺分析
5.氮掺杂工艺以及退火处理对直拉法单晶硅的影响
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直拉硅单晶生长的现状与发展
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直拉硅单晶生长的现状与发展摘要:综述了制造集成电路(IC)用直拉硅单晶生长的现状与发展。
对大直径生长用磁场拉晶技术,硅片中缺陷的控制与利用(缺陷工程),大直径硅中新型原生空位型缺陷,硅外延片与SOI片,太阳电池级硅单和大直径直拉硅生长的计算机模拟,硅熔体与物性研究等进行了论述。
关键词:直拉硅单晶;扩散控制;等效微重力;空洞型缺陷;光电子转换效率;硅熔体结构前言20世纪中叶晶体管、集成电路(IC)、半导体激光器的问世,导致了电子技术、光电子技术的革命,产生了半导体微电子学和半导体光电子学,使得计算机、通讯技术等发生了根本改变,有力地推动了当代信息(IT)产业的发展.应该强调的是这些重大变革都是以半导体硅材料的技术突破为基础的。
2003年全世界多晶硅的消耗,达到了19 000 t,但作为一种功能材料,其性能应该是各向异性的.因此半导体硅大都应该制备成硅单晶,并加工成硅抛光片,方可制造I C 器件。
半导体硅片质量的提高,主要是瞄准集成电路制造的需要而进行的。
1956年美国仙童公司的“CordonMoore”提出,IC芯片上晶体管的数目每隔18~24个月就要增加一倍,称作“摩尔”定律。
30多年来事实证明,IC芯片特征尺寸(光刻线宽)不断缩小,微电子技术一直遵循“摩尔定律”发展。
目前,0.25 μm、0.18μm线宽已进入产业化生产。
这就意味着IC的集成度已达到108~109量级,可用于制造256MB的DRAM和速度达到1 000MHE的微处理芯片。
目前正在研究开发0.12 μm到0.04μm的MOS器件,预计到2030年,将达到0.035μm 水平。
微电子芯片技术将从目前器件级,发展到系统级,将一个系统功能集成在单个芯片上,实现片上系统(SOC)。
这样对半导体硅片的高纯度、高完整性、高均匀性以及硅片加工几何尺寸的精度、抛光片的颗粒数和金属杂质的沾污等,提出了愈来愈高的要求。
在IC芯片特征尺寸不断缩小的同时,芯片的几何尺寸却是增加的。
半导体硅片行业现状及发展趋势分析
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半导体硅片行业现状及发展趋势分析一、半导体硅片行业概况硅片主要应用于半导体和光伏领域,其中,半导体硅片的制造技术要求更高,下游应用也更广泛,市场价值也更高。
半导体硅片又称硅晶圆片,是制作集成电路的重要材料,通过对硅片进行光刻、离子注入等手段,可以制成集成电路和各种半导体器件。
半导体硅片制造技术主要有直拉法和区熔法。
直拉法是生长单晶硅的主流技术,成本较低,普遍用于制作大尺寸硅片,直拉法可用于制造8、12英寸半导体抛光片、外延片、SOI等各种半导体硅片,主要应用在低功率的集成电路元件;区熔法可生产目前纯度最高的硅单晶,但成本也较高,普遍用于生产小尺寸硅片。
根据制造工艺分类,半导体硅片主要可以分为抛光片、外延片与以SOI硅片为代表的高端硅基材料。
单晶硅锭经过切割、研磨和抛光处理后得到抛光片。
抛光片经过外延生长形成外延片,抛光片经过氧化、键合或离子注入等工艺处理后形成SOI硅片。
二、半导体硅片行业发展现状根据中国光伏行业协会统计,2019年中国硅片产量为135GW,同比增长23.85%,中国硅片产量约占全球的98%,且前十大硅片生产企业均位居中国大陆。
据国际半导体产业协会数据显示,2010至2019年,全球半导体硅片行业营收规模呈先下降后上升的趋势,2014年至今,在通信、计算机、汽车产业、消费电子等应用领域需求带动以及人工智能、物联网等新兴产业的崛起,全球半导体硅片市场规模呈现上升趋势,2019年全球半导体硅片行业营收规模为112亿美元,同比下降1.75%。
从出货面积来看,2018年全球半导体硅晶圆出货面积达127.32亿平方英寸,创历史新高,2019年由于半导体市场需求下滑,出货面积为118.1亿平方英寸,同比下滑7.24%。
2020年一季度,全球半导体硅片出货面积达到29.2亿平方英寸。
数据显示,2011-2019年,半导体硅片平均价格呈先下降后上升态势,2019年半导体硅片平均价格为0.95美元/平方英寸。
单晶硅生长技术研究新进展
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二单晶硅的生长原理
在单晶硅生长过程中,随着熔场温度的下降,将
发生由液态转变到固态的相变化。对于发生在等温、
等压条件下的相变化,不同相之间的相对稳定性可
由吉布斯自由能判定。AG可以视为结晶驱动力。
△G=△H—TAS
(1)
在平衡的熔化温度瓦时,固液两相的自由能是 相等的,即AG=0,因此
△G=AH一瓦X AS---O
徐岳生HTI等使用钕铁硼永磁体向熔体空间引入
万方数据
篓翌盟。…。;。。
SOLAR ENERGY
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磁场,研究了永磁体所产生的磁场对3”硅单晶生长
大于该温度下临界形核半径的氧沉淀继续长大,这
的影响。研究发现,采用钕铁硼永磁体向熔硅所在
向、径向电阻率均匀性得到改善。通过试验得出了 磁感应强度B对应等效微重力的量级关系式:
g=v。仃芒g。硅单晶生长,用硅熔体的有关物性参数
太阳电池制备热处理工艺下的氧沉淀行为。结果发 现,掺氮直拉单晶硅的原生氧沉淀浓度比普通直拉 单晶硅的略高,这是因为氮在晶体生长过程中可以
代入v。盯表示式,可求得在石英坩埚边缘处所产生的 等效微重力接近于一般低轨道卫星的微重力等级。
将式(3)代入式(1)可得
(4)
由式(4)可以看出,由于AS是一个负值常数,所 以△兀即过冷度)可被视为结晶的唯一驱动力【6 ̄81。
以典型的CZ长晶法为例,加热器的作用在于提 供系统热量,以使熔硅维持在高于熔点的温度。如 果在液面浸入一品种,在品种与熔硅达到热平衡时, 液面会靠着表面张力的支撑吸附在晶种下方。若此 时将晶种往上提升,这些被吸附的液体也会跟着晶 种往上运动,而形成过冷状态。这节过冷的液体由 于过冷度产生的驱动力而结晶,并随着晶种方向长 成单晶棒。在凝固结晶过程中,所释放出的潜热是 一个间接的热量来源,潜热将借着传导作用而沿着 晶棒传输。同时,晶棒表面也会借着热辐射与热对 流将热量散失到外围,另外熔场表面也会将热量散 失掉。于是,在一个固定的条件下,进入系统的热 能将等于系统输出的热能陟10】。
单晶硅生长技术现状分析
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对1000 ℃、1100℃退火后的掺氮直拉硅中 氧沉淀的尺寸分布进行的研究表明,随着 退火时间的延长,小尺寸的氧沉淀逐渐减 少,而大尺寸的氧沉淀逐渐增多。氮浓度 越高或退火温度越高, 氧沉淀的熟化过程进 行得越快。
2020/12/3
区熔(FZ )法生长硅单晶
无坩埚悬浮区熔法。 原理:在气氛或真空的炉室中,利用高频
2020/12/3
工艺及化学反应式分别如下
1.盐酸化处理
将冶金级Si置于流床反应器中,通人盐酸形成 SiHCI
2.蒸馏提纯
置于蒸馏塔中,通过蒸馏的方法去除其他的反应杂质
3.分解析出多晶硅
将上面已纯化的SiHCl}置于化学气相沉积反应炉中与氢 气,发生还原反应,使得单质Si在炉内高纯度细长硅 棒表面析出,再将此析出物击碎即成块状多晶硅
线圈在单晶籽晶和其上方悬挂的多晶硅棒 的接触处产生熔区,然后使熔区向上移动 进行单晶生长。 由于硅熔体完全依靠其表面张力和高频电 磁力的支托,悬浮于多晶棒与单晶之间, 故称为悬浮区熔法。
2020/12/3
熔区悬浮的稳定性很重要,稳定熔区的力 主要是熔体的表面张力和加热线圈提供的 磁浮力,而造成熔区不稳定的力主要是熔 硅的重力和旋转产生的离心力。要熔区稳 定地悬浮在硅棒上,前两种力之和必须大 于后两种力之和。
在磁场下生长单晶,当引入磁感应强度达 到一定值时,一切宏观对流均受到洛伦兹 力的作用而被抑制。
2020/12/3
垂直磁场对动量及热量的分布具有双重效 应。垂直磁场强度过大(Ha=1000/2000), 不利于晶体生长。
对无磁场、垂直磁场、勾形磁场作用下熔 体内的传输特性进行比较后发现,随着勾 形磁场强度的增加,熔体内子午面上的流 动减弱,并且紊流强度也相应降低。
直拉单晶行业报告
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直拉单晶行业报告一、行业概况。
直拉单晶是一种重要的半导体材料,广泛应用于光电子、通信、能源、医疗等领域。
其主要生产工艺是通过拉拔单晶棒来制备单晶材料,具有高纯度、优异的电学性能和热学性能。
目前,直拉单晶行业已成为半导体材料行业中的重要组成部分,市场需求持续增长,行业规模不断扩大。
二、市场需求分析。
1. 光电子领域,随着5G、物联网、人工智能等新兴技术的快速发展,对光电子材料的需求不断增加。
直拉单晶作为光电子材料的重要组成部分,市场需求持续增长。
2. 通信领域,随着5G基站建设的加速推进,对通信设备的需求不断增加。
直拉单晶作为通信器件的重要材料,市场需求呈现出快速增长的趋势。
3. 能源领域,随着新能源、节能环保等政策的不断推进,对能源材料的需求不断增加。
直拉单晶作为光伏材料的重要组成部分,市场需求持续增长。
4. 医疗领域,随着人们生活水平的提高,对医疗设备的需求不断增加。
直拉单晶作为医疗器件的重要材料,市场需求呈现出快速增长的趋势。
三、行业发展趋势。
1. 技术创新,随着科技的不断进步,直拉单晶行业将不断进行技术创新,提高产品的品质和性能,满足不断增长的市场需求。
2. 产业升级,随着市场竞争的加剧,直拉单晶行业将不断进行产业升级,提高生产效率,降低生产成本,提高市场竞争力。
3. 国际合作,随着全球化的发展,直拉单晶行业将加强与国际市场的合作,开拓国际市场,提高产品的出口比重。
4. 绿色发展,随着环保意识的提高,直拉单晶行业将不断推进绿色生产,降低对环境的影响,实现可持续发展。
四、行业竞争格局。
目前,直拉单晶行业存在着一些大型的生产企业,它们拥有先进的生产设备和技术,具有一定的市场竞争力。
同时,一些中小型的生产企业也在不断发展壮大,它们致力于技术创新和产品升级,提高市场竞争力。
总体来看,直拉单晶行业的竞争格局较为稳定,市场竞争程度适中。
五、发展建议。
1. 加强技术创新,提高产品品质和性能,满足不断增长的市场需求。
磁场中直拉硅单晶的生长
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磁场中直拉硅单晶的生长一、引言近年来,半导体硅工艺中,出现了一种令人注目的新工艺—外加磁场直拉(MCZ)法〔l〕。
它给硅材料工业带来一大变革。
半导体工业所用的硅单晶,几乎90%是用cZ法生长的。
常规cZ法生长的晶体中,氧主要来自石英钳锅,其浓度变化范围介于4.0 x 10'0与2.0 x 10`8原子/厘米”之间〔3,4),随晶体生长的各种参数而变,其浓度上限接近于硅熔点时的饱和浓度。
氧在硅晶体内的分布是不均匀的:沿晶体轴向,头部浓度最高,尾部浓度最低;沿晶体径向,中间浓度高,边缘浓度低。
直拉‘硅单晶中氧起着有益的和有害的两种作用。
’从有益方面来说,由于钉扎位错,增强了硅晶格,滑移得以延迟。
通过沉淀氧化物和伴生位错网络,氧原子间接吸除易动性杂质;‘从有害方面来说,如果氧化物沉淀起因于初始氧浓度高的话,则通过硅一氧复合体产生施主,形成堆垛层错,并使片子翘曲。
要是保持氧浓度小于38PPma;就可减少这种有害作用。
在CZ晶体的生长期间,由于熔体存在着热对流,使微量杂质分布不均匀,形成生长条纹。
因此,在拉晶过程中,如何抑制熔体的热对流和温度波动,一直是单晶生产厂家棘手的问题。
为了抑制熔体的热对VrL以降低熔硅与石英柑祸的反应速率,并使氧可控,从而生长出高质量的单晶,采用Mcz法是行之有效的。
二、原理众所周知,用CZ法拉制单晶时会发生如图1所示的热对流。
这种热对流的驱动力可用无量纲瑞利数NRa来表示,加热器热对流氧硅熔体石英坩埚。
一、引言近年来,半导体硅工艺中,出现了一种令人注目的新工艺—外加磁场直拉(MCZ)法〔l〕。
它给硅材料工业带来一大变革。
半导体工业所用的硅单晶,几乎90%是用cZ法生长的。
常规cZ法生长的晶体中,氧主要来自石英钳锅,其浓度变化范围介于4.0 x 10'0与2.0 x 10`8原子/厘米”之间〔3,4),随晶体生长的各种参数而变,其浓度上限接近于硅熔点时的饱和浓度。
区融法和直拉法
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区融法和直拉法【原创实用版】目录1.区融法和直拉法的定义与特点2.区融法和直拉法的应用领域3.区融法和直拉法的优缺点比较4.区融法和直拉法在我国的发展现状及前景正文一、区融法和直拉法的定义与特点区融法,全称区域融化法,是一种用于制造半导体器件的先进技术。
其主要原理是在一定的温度和压力下,将单晶硅片放入熔融的硼硅烷中,使硅片与硼硅烷发生反应,形成一层新的单晶硅。
这层新的单晶硅与原有的硅片连接在一起,从而实现硅片的增长。
直拉法,又称为单晶直拉法,是另一种用于制造半导体器件的技术。
其基本原理是在一定的温度和压力下,将单晶硅棒放入熔融的硅中,使硅棒与硅熔融体发生反应,并在反应过程中逐渐拉出硅棒,从而实现硅棒的生长。
二、区融法和直拉法的应用领域区融法和直拉法都是用于制造半导体器件的关键技术,其应用领域主要包括:1.集成电路:区融法和直拉法都可用于制造集成电路中的晶体管、电容器等元件。
2.光伏产业:区融法和直拉法都可用于制造太阳能电池板中的硅片。
3.微电子器件:区融法和直拉法都可用于制造微电子器件,如场效应晶体管、双极性晶体管等。
三、区融法和直拉法的优缺点比较1.优点:区融法:可以实现大尺寸硅片的制备,提高生产效率,同时可以获得高质量的硅片。
直拉法:可以制备高质量的单晶硅棒,且生产效率较高。
2.缺点:区融法:技术难度较高,对设备和工艺要求严格,且生产成本较高。
直拉法:硅片的尺寸受到限制,且可能产生位错等缺陷。
四、区融法和直拉法在我国的发展现状及前景我国在区融法和直拉法领域均有一定的研究基础和技术积累。
近年来,随着国家对半导体产业的大力支持,我国区融法和直拉法技术取得了长足的进步。
然而,与国际先进水平相比,我国在这两个领域的技术水平仍有一定差距。
未来,随着我国半导体产业的快速发展,区融法和直拉法技术将继续得到重视。
我国应加大研发投入,提高技术水平,以满足国内半导体产业的发展需求。
直拉硅单晶生产过程中可能遇到的问题和解决方法

直拉硅单晶生产过程中可能遇到的问题和解决方法摘要:直拉硅单晶生产是一项复杂的工艺,其中可能会出现各种问题。
解决这些问题对于确保生产质量和效率至关重要。
在本文中,将介绍直拉硅单晶生产过程中常见的问题,并提供相应的解决方法。
关键词:直拉硅单晶;生产过程;问题;解决方法引言直拉硅单晶是用于制造太阳能电池和集成电路等高科技产品的重要材料。
在生产过程中,可能会遇到一些问题,影响生产效率和质量。
本文将讨论一些常见的问题,并提供相应的解决方法。
1直拉硅单晶概述1.1直拉硅单晶直拉硅单晶是一种重要的半导体材料,广泛应用于太阳能电池、集成电路和其他高科技产品的制造中。
它具有优异的电学性能和热学特性,因此成为现代电子行业不可或缺的材料之一。
直拉硅单晶的生产是通过熔化高纯度多晶硅,然后在适当的温度和拉力下,将硅熔体从凝固器底部向上拉扯,形成连续的硅单晶柱。
这个过程中需要精确控制温度、拉力和拉速等参数,以确保晶体的质量和尺寸一致性。
1.2直拉硅单晶特点1.2.1高纯度直拉硅单晶的纯度非常高,其中杂质含量非常低,可以满足高要求的电子器件制造。
1.2.2大尺寸直拉硅单晶可以得到较大尺寸的硅片,可以实现更多的芯片制造和太阳能电池面积。
1.2.3优异的光电特性直拉硅单晶具有良好的光电转换效率和光损耗特性,适用于制造高效的太阳能电池。
1.2.4结构均匀性由于直拉过程的控制和优化,直拉硅单晶的晶体结构相对均匀,减少了晶界和位错等缺陷。
2直拉硅单晶生产过程中遇到的问题2.1晶体断裂或受损在拉晶过程中,晶体可能会因为拉力不均匀、温度变化或材料缺陷等原因而出现断裂或受损。
2.2晶体表面污染晶体的表面可能会受到氧化物、杂质或其他污染物的影响,导致晶体纯度降低或者局部区域的电性能下降。
2.3晶体尺寸和形状不均匀直拉过程中,如果拉力、温度或其他关键参数控制不当,可能导致晶体尺寸和形状的不均匀性,影响后续工序的加工精度和产品一致性。
2.4晶体结构缺陷晶体内部可能存在晶界、位错和点缺陷等问题,这些缺陷可能对晶体的电学性能和可靠性产生不利影响。
2024年硅单晶市场前景分析

2024年硅单晶市场前景分析引言硅单晶是一种广泛应用于电子、光伏和半导体等领域的关键材料。
本文将对硅单晶市场的前景进行分析,包括市场规模、增长动力以及发展趋势。
市场规模随着电子和光伏市场的不断扩大,硅单晶的需求持续增长。
根据市场研究数据,硅单晶市场在过去几年中保持着稳步增长的势头。
预计在未来几年内,市场规模将进一步扩大。
增长动力1. 电子行业的发展随着5G技术的推广和智能设备的普及,电子行业对高纯度硅单晶的需求不断增加。
硅单晶在半导体制造中起着至关重要的作用,如芯片制造和传感器制造。
因此,电子行业的发展将成为硅单晶市场增长的重要动力。
2. 光伏行业的兴起随着可再生能源的重要性日益凸显,光伏行业在全球范围内迅速发展。
硅单晶作为光伏电池的关键材料,其需求在短期内大幅增加。
预计在未来几年内,光伏行业将成为硅单晶市场增长的重要推动力。
3. 技术进步和创新新的制造技术和材料创新对硅单晶市场的发展也起着重要作用。
随着科技的进步,制造商们可以生产更高质量、更高效率的硅单晶产品。
这将进一步推动市场需求,并带来更多的商机。
发展趋势1. 产品多样化随着市场竞争的加剧,硅单晶制造商将不断努力提高产品质量并开发新型产品。
产品多样化将为市场带来更多选择,并满足不同行业的需求。
2. 可持续发展在环境保护和可持续发展的背景下,制造商将更关注节能减排和资源利用效率。
因此,未来硅单晶市场将不断追求绿色制造和可持续发展。
3. 亚洲市场的增长亚洲地区是硅单晶市场增长最快的地区之一。
中国、日本和韩国等地的制造业快速发展,将促进亚洲硅单晶市场的扩大。
结论硅单晶市场具有广阔的前景和潜力。
随着电子和光伏行业的发展,以及技术创新的推动,市场规模将持续扩大。
产品多样化和可持续发展也将成为未来市场的重要发展趋势。
同时,亚洲市场的增长将带动全球硅单晶市场的发展。
300mm直拉单晶硅生长缺陷研究

300mm直拉单晶硅生长缺陷研究300mm直拉单晶硅生长缺陷研究引言:300mm直拉单晶硅生长是半导体行业中非常重要的工艺步骤之一。
然而,在这个过程中,会出现一些缺陷,对单晶硅的质量和性能产生不利影响。
对300mm直拉单晶硅生长缺陷进行详细研究是至关重要的。
一、背景介绍1.1 单晶硅的应用单晶硅作为半导体材料,在电子器件制造中广泛应用。
它具有优异的电子特性和热特性,适用于制造高性能集成电路和太阳能电池等。
1.2 300mm直拉单晶硅生长工艺300mm直拉单晶硅生长是通过将多晶硅块加热融化,并通过引入种子晶体进行快速凝固形成单晶硅棒。
这个过程需要严格控制温度、压力和气氛等参数。
二、常见缺陷类型及其影响2.1 晶界缺陷由于快速凝固过程中的温度梯度和结构变化,会导致晶界缺陷的形成。
晶界缺陷会降低单晶硅的电子迁移率和机械强度。
2.2 气泡缺陷在单晶硅生长过程中,气体溶解度会随着温度的变化而改变,导致气泡的形成。
气泡缺陷会影响单晶硅的光学特性和电子性能。
2.3 晶体结构缺陷由于生长过程中的温度梯度和结构变化,会导致晶格结构不完整,形成晶体结构缺陷。
这些缺陷会影响单晶硅的机械强度和电子特性。
三、研究方法3.1 试样制备采用标准的300mm直拉单晶硅生长工艺制备试样,并根据需要进行切割和抛光处理,以获得表面平整、无损伤的试样。
3.2 显微镜观察使用光学显微镜、扫描电子显微镜等仪器对试样进行观察,分析不同位置和深度上的缺陷类型和分布情况。
3.3 表征技术分析利用X射线衍射、拉曼光谱等表征技术,对试样的晶体结构和晶格缺陷进行分析,以了解缺陷形成的机制。
3.4 数值模拟通过数值模拟方法,模拟300mm直拉单晶硅生长过程中的温度场、应力场和流场分布等参数,以预测可能出现的缺陷类型和位置。
四、研究进展与结果4.1 晶界缺陷研究结果通过显微镜观察和数值模拟,发现快速凝固过程中的温度梯度会导致晶界缺陷的形成。
进一步研究表明,优化生长参数可以减少晶界缺陷的数量和尺寸。
单晶硅拉制设备的原理和技术进展
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单晶硅拉制设备的原理和技术进展单晶硅是制造太阳能电池和集成电路的重要基础材料,其质量和纯度对产品性能有着直接影响。
而单晶硅的制备过程中的拉制工艺,作为关键环节,对单晶硅的质量和纯度要求极高。
本文将介绍单晶硅拉制设备的原理、技术进展以及未来发展趋势。
一、单晶硅拉制设备的原理单晶硅拉制设备是用于将多晶硅块拉制成单晶硅棒的设备。
其基本原理是通过在多晶硅块的顶部施加拉力,使硅材料逐渐形成单晶结构,并在下部形成单晶硅棒。
主要包括四个步骤:取样、晶化、拉制和修整。
1. 取样:将多晶硅块切割成适当尺寸的硅片,通常称为晶棒。
2. 晶化:将硅片放入高温炉中,通过加热将硅片晶化,使硅原子排列成有序的晶格结构。
3. 拉制:将晶化的硅片固定在拉具上,施加拉力,逐渐拉长硅片直至形成单晶硅棒。
4. 修整:将拉出的单晶硅棒进行修整,除去不符合要求的部分,并切割成适当长度,以便用于后续加工。
二、技术进展随着太阳能行业和集成电路行业的迅速发展,单晶硅拉制技术也得到了越来越多的关注和研究。
以下是近年来单晶硅拉制设备的一些技术进展。
1. 新型晶化炉:传统的多晶硅晶化炉存在热量损失较大、能耗较高等问题。
近年来,研究人员提出了多种新型晶化炉,如辐射式晶化炉和高效气氛保温炉,能够提高晶化效率、降低能耗。
2. 拉制设备的自动化:传统的单晶硅拉制设备需要由操作人员手动进行控制和调节,工作效率低下。
近年来,随着自动化技术的发展,新型单晶硅拉制设备已经实现了部分自动化,能够实时监测拉制过程,并根据数据进行调整和控制,提高了生产效率和产品质量。
3. 拉力控制技术:单晶硅拉制过程中的拉力控制是关键。
传统的拉制设备往往不能有效控制拉力,导致拉出的晶棒形状不规则。
近年来,研究人员提出了一些新的拉力控制技术,如基于电磁涡流的拉力控制技术和基于视觉检测的拉力控制技术,能够提高拉制过程的稳定性和可控性。
4. 拉制速度和成本优化:单晶硅的拉制速度和成本是制约产能和降低成本的关键因素。
硅晶体生长技术的最新进展及应用前景
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硅晶体生长技术的最新进展及应用前景硅是一种重要的半导体材料,广泛应用于电子、能源、光电子等领域。
制备高质量的单晶硅是半导体电子学的重要技术之一。
硅晶体的生长技术一直是研究的热点之一,其最新进展和应用前景备受关注。
1. 硅晶体生长技术的发展历程传统的硅晶体生长技术主要有三类:Czochralski生长法、区熔法和浸润法。
Czochralski生长法是最常用的方法,其原理是在熔融硅的表面缓慢地降低一个硅棒,使其顶部与熔融硅面接触,然后逐渐旋转硅棒和降温,从而得到一条高质量的硅晶棒。
区熔法是基于晶体中的生长界面自然形成,其过程由传送材料、升温熔化、降温成长、取晶等步骤构成。
浸润法是一种用稀溶液在金属催化剂表面上生长硅晶体的方法。
然而,这些传统的硅晶体生长方法都存在一些问题,如生长速率低、制备过程复杂、晶体结构有缺陷等,难以满足当今世界快速发展的需求。
因此,近年来,人们对硅晶体生长技术进行了改进和提升,以满足不同领域的需求。
2. 硅晶体生长技术的最新进展(1) 低温原子层沉积法(ALD)ALD是一种创新的硅晶体生长技术,其过程是通过一系列气相反应,将硅原子一层一层地沉积在基底上,从而实现单晶硅的制备。
该技术具有生长速度快,质量好,可以实现纳米尺度精度制备等优点。
(2) 氧化物辅助生长法该方法利用气相或液相氧化物作为辅助材料,在晶体生长过程中通过氧活化增强界面扩散,从而提高晶体质量。
同时,抑制了半导体变异体和功率晶体的生长,提高了生长速率,减少了基底破碎和晶体缺陷的形成。
(3) 反应等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)该技术可以在低温下生长薄膜和纳米晶体,且具有生长速度快,成本低等优点,适用于高清晰度电子显微镜、光电子器件和生物传感器等领域。
3. 硅晶体生长技术的应用前景随着智能化、5G和新能源等技术的发展,硅晶体材料在电子、能源、光电子等领域的应用正在不断扩大。
其中,高效能太阳能电池、电动汽车等是当前比较热门的应用。
直拉法单晶硅生长技术的现状
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直拉法单晶硅生长技术的现状摘要综述了制造集成电路(IC)用直拉硅单晶生长的现状与发展。
对大直径生长用磁场拉晶技术,硅片中缺陷的控制与利用(缺陷工程),大直径硅中新型原生空位型缺陷,硅外延片与SOI片,太阳电池级硅单和大直径直拉硅生长的计算机模拟,硅熔体与物性研究等进行了论述。
关键词:直拉硅单晶;扩散控制;等效微重力;空洞型缺陷;光电子转换效率;硅熔体结构一、光伏产业的发展趋势,及对硅材料的前景要求,直拉法单晶硅生长技术是现在主流生长技术之一光伏产业,是一种利用太阳能电池直接把光能转换为电能的环保型新能源产业。
由于从太阳光能转换成电能的光电转换装置,是利用半导体器件的“光生伏打效应”原理进行光电转换的,因此把与太阳能发电系统构成链条关系的产业称为光伏产业。
光伏产业的链条,包括:硅矿-硅矿石(石英砂)-工业硅(也称金属硅)-多晶硅、单晶硅-晶圆或多晶硅切片-太阳能电池-组件-发电系统。
工业硅的纯度,一般为98-99.99%;太阳能级硅的纯度,一般要求在6N级即99.9999%以上。
与其他常规能源相比,光伏发电具有明显的优越性:一是高度的清洁性,发电过程中无损耗、无废物、无废气、无噪音、无毒害、无污染,不会导致“温室效应”和全球性气候变化;二是绝对的安全性,利用太阳能发电,对人、动物、植物无任何伤害或损害;三是普遍的实用性,不需开采和运输,使用方便,凡是有太阳照射的地方就能实现光伏发电,可广泛用于通信。
交通、海事、军事等各个领域,上至航天器,下至家用电器,大到兆瓦级电站,小到玩具,都能运行光伏发电;四是资源的充足性,太阳能是一种取之不尽用之不竭的自然能源。
据计算,仅一秒钟发出的能量就相当于1.3亿亿吨标准煤燃烧时所放出的热量。
而到达地球表面的太阳能,大约相当于目前全世界所有发电能力总和的20万倍。
地球每天接收的太阳能,相当于全球一年所消耗的总能量的200倍。
人类只要利用太阳每天光照的5%,就可以解决和满足全球所需能源。
磁场直拉硅单晶生长技术的研究现状与发展
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磁场直拉硅单晶生长技术的研究现状与发展
张鸣剑;李润源;付宗义
【期刊名称】《新材料产业》
【年(卷),期】2009(000)006
【摘要】当前,硅材料在半导体领域和太阳能领域仍然占据着主要地位。
随着科技的发展和技术的进步,集成电路和太阳能电池生产工艺都对硅材料提出了新的要求,大直径、高质量硅单晶的生长技术成为当前半导体材料领域和太阳能领域的研发热点。
如果硅单晶直径增大,那么投料量必将加大,坩埚直径和热场尺寸也相应增大,必将导致熔体中热对流加剧。
【总页数】4页(P72-75)
【作者】张鸣剑;李润源;付宗义
【作者单位】北京京仪世纪自动化设备有限公司;北京京仪世纪自动化设备有限公司;北京京仪世纪自动化设备有限公司
【正文语种】中文
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直拉法单晶硅生长技术的现状摘要综述了制造集成电路(IC)用直拉硅单晶生长的现状与发展。
对大直径生长用磁场拉晶技术,硅片中缺陷的控制与利用(缺陷工程),大直径硅中新型原生空位型缺陷,硅外延片与SOI片,太阳电池级硅单和大直径直拉硅生长的计算机模拟,硅熔体与物性研究等进行了论述。
关键词:直拉硅单晶;扩散控制;等效微重力;空洞型缺陷;光电子转换效率;硅熔体结构一、光伏产业的发展趋势,及对硅材料的前景要求,直拉法单晶硅生长技术是现在主流生长技术之一光伏产业,是一种利用太阳能电池直接把光能转换为电能的环保型新能源产业。
由于从太阳光能转换成电能的光电转换装置,是利用半导体器件的“光生伏打效应”原理进行光电转换的,因此把与太阳能发电系统构成链条关系的产业称为光伏产业。
光伏产业的链条,包括:硅矿-硅矿石(石英砂)-工业硅(也称金属硅)-多晶硅、单晶硅-晶圆或多晶硅切片-太阳能电池-组件-发电系统。
工业硅的纯度,一般为98-99.99%;太阳能级硅的纯度,一般要求在6N级即99.9999%以上。
与其他常规能源相比,光伏发电具有明显的优越性:一是高度的清洁性,发电过程中无损耗、无废物、无废气、无噪音、无毒害、无污染,不会导致“温室效应”和全球性气候变化;二是绝对的安全性,利用太阳能发电,对人、动物、植物无任何伤害或损害;三是普遍的实用性,不需开采和运输,使用方便,凡是有太阳照射的地方就能实现光伏发电,可广泛用于通信。
交通、海事、军事等各个领域,上至航天器,下至家用电器,大到兆瓦级电站,小到玩具,都能运行光伏发电;四是资源的充足性,太阳能是一种取之不尽用之不竭的自然能源。
据计算,仅一秒钟发出的能量就相当于1.3亿亿吨标准煤燃烧时所放出的热量。
而到达地球表面的太阳能,大约相当于目前全世界所有发电能力总和的20万倍。
地球每天接收的太阳能,相当于全球一年所消耗的总能量的200倍。
人类只要利用太阳每天光照的5%,就可以解决和满足全球所需能源。
正因为如此,加上由于传统的化石能源是不可再生资源,越来越接近枯竭,世界各国越来越达成必须加快发展新的替代能源的共识,从而加大了政策扶持的力度,世界光伏产业呈现出蓬勃发展的势头,光伏产业正在向大批量生产和规模化应用发展,其运用几乎遍及所有用电领域。
从整体来看,世界各国对太阳能光伏发电的政策扶持力度在逐年加大。
各国的补贴政策主要分为两类:一类是对安装光伏系统直接进行补贴,如日本;另一类是对光伏发电的上网电价进行设定,如德国、西班牙等国。
而美国加利福尼亚州,则是将两种政策混合执行。
光伏科技的进步,使光电转换效率不断提高、光能发电成本不断降低。
技术进步是降低光伏发电成本,提高光能利用效率、促进光伏产业和市场发展的重要因素。
几十年来围绕着降低成本的各种研究开发项工作取得了显著成就,表现在电池效率不断提高。
硅片厚度持续降低、产业化技术不断改进等方面,对降低光伏发电成本起到了决定性的作用。
多晶硅是太阳能电池必不可少的基础材料,其占到太阳能电池成本的80%,每生产1兆瓦太阳能电池需要12-14吨多晶硅。
多晶硅主要采用化学提纯、物理提纯两种方法进行生产,其中化学提纯方法主要有西门子法(气象沉淀反应法)、硅烷热分解法、流态化床法,物理提纯方法主要有区域熔化提纯法(FZ)、定向凝固多晶硅锭法(筹造法)等等。
二、直拉法单晶生长技术的机械设备上海汉虹的FT-CZ2008A、FT-CZ2208AE、FT-CZ2208A,西安理工大学的TDR80A-ZJS、TDR80B-ZJS、TDR80C-ZJS、TDR85A-ZJS、TDR95A-ZJS、TDR112A-ZJS,美国KAYEXCG3000、CG6000、KAYEX100PV、KAYEX120PV、KEYEX150,Vision300型,投料量分别为30kg、60kg、100kg、120kg、150kg、300kg,以及其他厂家的部分单晶生长炉。
其中西安理工大学的单晶拉制炉作为国内自主创新的产品,有很大的优越性。
TDL-FZ35型区熔单晶炉TDL-FZ35型区熔单晶炉,是在高纯氮气环境中,用单匝高频感圈加热,对多晶体棒进行区域熔炼,达到提供并用FZ法拉制高纯无位错大直径(3″~4″)单晶硅的设备。
获省级科技进步三等奖。
该设备的主要性能指标如下:晶体直径:3″~4″(Φ75~Φ100mm)晶体长度:1000mm高频发生器功率:60KW晶轴拉速范围:0.5~20mm/minTDL(R)-J40型光学晶体炉内容简介:该炉是用直拉法控制激光固体材料(如钇铝石榴石,铝酸钇等)单晶体的专用设备。
它可以在大气或充入各种纯净保护气体下工作。
曾获机械工业部和陕西省科技进步二等奖。
该设备的主要性能指标如下:炉室尺寸:Φ400mm采用中频加热电源:20KW 2500HZ采用电阻加热电源:42KVA最高加热温度:2100℃最大投料量:3kg籽晶在炉内行程:300mmTDR(L)-J60型光学晶体生长设备主要内容:TDR(L)—J60型光学晶体生长设备是在高真空、保护气体条件下以石墨电阻或以中频感应加热方法将原材料熔化,用直拉法生长红宝石、蓝宝石、YAG、化学计量比铌酸锂等光学晶体的设备。
技术水平:TDR(L)—J60型光学晶体生长设备具有稳定可靠的低速运动性能、程序控制工作速度的变化功能、上称重计算机自动控制直径功能或下称重计算机自动控制直径功能,综合性能达到了国际先进国内领先水平,具有自主的知识产权。
主要技术参数:1.熔料量: 10kg2.晶体直径: 3"3.加热功率 30kW4.最高加热温度 2100℃5.主炉室尺寸φ600×900mm6.冷炉极限真空度 3Pa7.充气压力0.08MPaTDR-62CP型单晶炉内容简介:TDR-62CP型单晶炉,是在惰性气体环境中,以石墨电阻加热器将硅材料熔化,用软轴直拉法生长无位错单晶的设备。
它可以生长大规模集成电路所需要的高质量单晶。
这种单晶炉能够使用12″的石英坩埚,投料20kg,拉制4″或5″的单晶,其最大裕度可允许使用14″的石英坩埚,投料30kg拉制6″的单晶。
采用计算机控制等径生长晶体。
该设备的主要性能指标如下:投料量:30kg晶体规格:5″籽晶炉内行程:2200mm最大功率:130kwTDR-GY652型高压单晶炉主要内容:TDR—GY652型高压单晶炉室在惰性保护气体--氩气高压条件下,采用石墨电阻加热方式,将GaAs、InP等材料合成熔化,已LEC法从熔体中拉制大直径(4"~6") GaAs、InP单晶的专用设备。
技术水平:TDR-GY652型高压单晶炉是目前国际上最大的GaAs、InP单晶制备设备,具有先进的上称重计算机自动控制直径功能、加热温度自动控制功能、各种安全自动保护功能,具备三段加热能力,可满足生长6" GaAs单晶的能力。
综合性能达到了国际先进国内领先水平,具有自主的知识产权。
主要技术参数:1.熔料量: 40kg2.晶体直径: 6"3.加热功率 120×55×35kW4.最高加热温度 1600℃5.主炉室尺寸φ652×1000mm6.冷炉极限真空度 1Pa7.充气压力10MPaTDR-70A(B)型单晶炉主要内容:TDR-70A型单晶炉是软轴提拉型人工晶体生长设备,是在惰性气体环境中以石墨电阻加热器将硅半导体材料熔化,用直拉法生长无位错硅单晶的设备,它可生产太阳能电池用的6″硅单晶和大规模集成电路所需要的高质量硅单晶。
技术水平:该产品采用了磁流体密封技术、浮动式翻版隔离阀、拱形封头式炉盖结构、浮动式提升结构等先进技术,采用计算机自动控制直径系统,综合性能达到了国际先进国内领先水平,具有自主的知识产权。
主要技术参数:熔料量: 60kg (18 "热系统)晶体直径: 6 " ---6.5 "TDR—70A 圆筒副室(TDR—70B 开门副室)1.加热功率 120kW2.最高加热温度 1600℃11.冷炉极限真空度 1Pa12.主炉室尺寸Ф700×100014.翻版阀通径Ф200mmTDR-80A(B)型单晶炉主要内容:TDR—80A型单晶炉是软轴提拉型人工晶体生长设备,是在惰性气体环境中以石墨电阻加热器将硅半导体材料熔化,用直拉法生长无位错硅单晶的设备,它可生产太阳能电池用的6″硅单晶和大规模集成电路所需要的高质量硅单晶。
技术水平:该产品采用了磁流体密封技术、浮动式翻版隔离阀(或旋盖式隔离阀)、拱形封头式炉盖结构、浮动式提升结构等先进技术,采用计算机自动控制直径系统,综合性能达到了国际先进国内领先水平,具有自主的知识产权。
主要技术参数:熔料量: 60kg (18 "热系统)晶体直径: 8 "TDR—80A 圆筒副室(TDR—80B 开门副室)1.加热功率 160kW2.最高加热温度 1600℃11.冷炉极限真空度 1Pa12.主炉室尺寸Ф800×100014.翻版阀通径Ф260mm而上海汉虹是上海申和热磁电子有限公司和日本磁性技术株式会社合资企业,在单晶炉制作,研发等方面有很强的实力,其单晶炉自动化程度较高三、单晶硅生长技术目前,生产单晶硅的方法主要有直拉法,区熔法,其他方法如基座法,片状生长法,气象生长法,外延法等,都因各自的不足未能被普遍推广。
直拉法和区熔法比较,以直拉法为主要,它投料多,生产的单晶直径大,设备自动化程度高,工艺比较简单,生产效率高。
直拉法生产的单晶硅,占世界单晶硅总量的70%以上。
直拉法又称切克劳斯基法,它是在1917年有切克劳斯基(Czochralski)建立起来的一种晶体生长方法,简称CZ法,CZ法的特点是在一个直通型的热系统中,用石墨电阻加热,将装在高纯石英坩埚中的多晶硅融化,然后将籽晶插入熔体表面进行熔接,同时转动籽晶,再反向转动坩埚,籽晶缓慢向上提升,经过引晶、放大、转肩、等径生长、收尾等过程,一支单晶体就生长出来了。
直拉法的基本过程从拆炉、装炉、单晶硅生长完毕到停炉称为拉晶工艺;原材料的腐蚀、清洗等称为备料工艺;拆炉、装炉、抽空、熔料、引晶、放肩、转肩、等径生长、收尾、降温、停炉依次进行是拉晶工艺的基本过程1.拆炉的目的是为了取出晶体,清除炉腔内的挥发物,清除电极及加热器、保温罩等石墨件上的附着物、石英碎片、石墨颗粒、石墨毡尘埃等杂物。
拆炉中要穿戴好高纯工作服,安步骤操作2.装炉装炉要按拆炉的相反顺序依次装入石墨件,装完后要检查是否准确无误,装石英坩埚时要确定石英坩埚质量,掺杂剂要记得放入,装料也要按照有关规3.抽空通过机械泵对炉室进行抽空,以保证单晶硅在减压状态下进行单晶生长,一般在20~30min内将真空值抽到5pa以下4.熔料故名思意就是将装入的多晶硅融化,熔化过程中要勤观察,发现挂边搭桥硅跳过流报警超温报警要及时处理5.引晶:通过电阻加热,将装在石英坩埚中的多晶硅熔化,并保持略高于硅熔点的温度,将籽晶浸入熔体,然后以一定速度向上提拉籽晶并同时旋转引出晶体;6. 缩颈:生长一定长度的缩小的细长颈的晶体,以防止籽晶中的位错延伸到晶体中;7. 放肩:将晶体控制到所需直径;8. 等径生长:根据熔体和单晶炉情况,控制晶体等径生长到所需长度;9. 收尾:直径逐渐缩小,离开熔体10. 降温:降级温度,取出晶体,待后续加工。